JP6221026B1

JP6221026B1 - 非常電源の電力制御装置。

Info

Publication number: JP6221026B1
Application number: JP2017156688A
Authority: JP
Inventors: 丸井智敬
Original assignee: 丸井智敬
Priority date: 2017-05-13
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2037-05-13
Also published as: JP2018196316A; JP6200116B1; JP2018196186A

Abstract

【課題】避難所の非常電源は余剰電力があるにも関わらず、過負荷・過電流で電源を破壊するおそれがあるため、余剰電力を有効活用できていなかった。【解決手段】複数の、非常電源が負荷に給電できる最大電流より小さな電流に制限する給電電流制限手段(2)を具備した非常電源保護装置で、複数の給電電流制限手段(2)からひとつの給電電流制限手段(2)を選択する選択手段、および、該選択された給電電流制限手段(2)を、負荷への給電ラインに接続する接続手段にて選択的に保護電流レベルを変化させつつ接続変更。そのことで、余剰電力の有効利用を、電源を保護した状態で実現した。【選択図】図１７

Description

本願は、「特願2017-096099（以下「原出願」と呼ぶ）」の分割出願である。
本発明は「主電源」ではない小容量補助電源、たとえば、避難所に備蓄され災害時に稼働する「非常電源」等の電気的保護技術、および、同「非常電源」等の電力制御技術、に関するものであって、より具体的には、原出願では非常電源が過負荷でダウンすることを防ぐ非常電源の過負荷(過電流)保護装置、および、本願では重要負荷と非重要負荷とを混在させ給電している非常電源の電力制御装置を提供する。

本発明の装置は、さらに具体的には、従来よりもインテリジェントな制限器ないしは従来よりもインテリジェントな制御装置であって、たとえば接続された負荷が急速充電されたいがため、自らを低インピーダンス化して大電流に誘導し、上流側で電力供給している非常電源に過剰電流を流させ、これを壊してしまうような事象を未然に防止するものである。

「従来よりもインテリジェントな」という意味は、本案の「保護装置」では、その電流制限が複数の電流制限を選択的に行うことで、単一電流制限よりも許容ギリギリの電流制限がなされる、ということである。さらには、本案の「制御装置」では、負荷状況に応じて、適宜アナログ的に許容ギリギリに制限された電流を流す制御を行うことを実現させている、ということである。従来はこういったギリギリ制限・ギリギリ制御はなされていなかった。

実用的には、過剰電流を検知して給電を遮断するNo Fuse Breaker (NFB)にて、いわゆるイチかゼロか、すなわち、流すか遮断するかして二者択一の保護を行う。その観点から、本案「保護装置」の電気機器としてのカテゴリーは、「分電盤」「配電盤」である。
本案「制御装置」は後述するとして、本案「保護装置」から説明する。

＜避難所の非常電源に関する分析＞
現在避難所に、カセットガスボンベ式発電機が備蓄されていて、これが大地震等激甚災害時の、主として照明用電源とされる。かかる発電電力は、1kw弱(900W程度)のものが多い。

一方、急速に進んだ照明LED化のため、現ハロゲン等の非常用の非LED照明を省エネLEDに置換投資すれば、現有非常電力に大きな余裕が生まれる。また、該置換投資ができないにしても、非常照明は天気の良い昼間は不使用であるゆえ、晴れた日の昼間の非常電力は余裕があると言える。

そして電力量(kwh)としては、廉価なカセットガスボンベを買増して備蓄しておけばよく、簡単に２−３倍に増強できる。（ボンベ２本備蓄していたとして、４本買い足すと電力量は３倍になる）

他方、大停電となる激甚災害発生の後、しばらく経過しても大規模発電所の復旧が見込めない状況は恐ろしいことだが想定する必要がある。かかる想定下では、発生後しばらく経過した災害難民の持つ携帯電子機器のほとんどが電池切れになると予想される。

すると、非常電源の活きたコンビニや電気品量販店にある携帯充電器に被災者が殺到し、その殺到で生じる混乱事象、および、長年慣れ親しんだ情報洪水からいきなり情報過疎に陥ってしまうことで、精神的パニックとなる者が大量発生する事象、等々の社会不安事象が懸念されている。

＜本発明の目的＞
かかる状況をふまえ、発明者は、電力余裕のある昼間に避難所の非常電源から携帯用充電器に給電し、多量の携帯機器に一斉に充電する技術を開発してきた。

その開発過程で、非常電源は避難民の人命の命綱であって、これがダウンしないように、何らかの工夫を凝らす、ということは命の安心安全という観点から非常に重要な課題であると再認識した。

本発明は、避難所の非常電源の保護、つまり過負荷・過電流等々で、これが万が一にもダウンしないようにする技術の提供を目的とした。

＜本発明の本質＞
複数のアンペア容量のブレーカ(No Fuse Breaker)を具備し、これらを使い分けること、が本発明の本質である。従来は複数のNFBを具備して、それらを使い分けること、は行われていない（新規）。
かつまた、この使い分けにて、非常電源の給電ラインの過電流(過負荷)を、より適切な電流制限で実現し、余裕電力があれば、その余裕ギリギリまで種々の負荷に給電できるようにした(進歩)。

＜先願調査＞
避難所に備蓄され、災害時に用いられる非常電源。その非常電源は避難民の人命の命綱。これがダウンしないように、何らかの工夫を凝らす、ということは命の安心安全という観点から非常に重要な課題である。

しかしながら、特許文献１−２のような、非常電源をすみやかに、かつ、確実に切り替える技術は提案されているものの、肝心の非常電源の保護についてはこれといった提案がない。

その根拠は、特許情報プラットフォーム(J-Plat_Pat)にて、すべての文献にチェックマークを入れ、文献全文のどこかに、「分電盤」＆「非常災害地震」＆「避難場所避難所」の記載がある積集合としてサーチして、ヒットはわずかに31件だったからである。（図８）［検索実行日：2017.05.05］

1特開2017-038490防災倉庫大和ハウス工業
2特開2016-096627電気遮断システム中国電力
3特開2016-086528ノイズ電流を利用した発電回路

―中略―
29特許4494447 災害用トイレ旭コンクリート工業
30実登3113914 住宅用の手動式電源切換え装置
31実登3042895 防災用分電盤センサー・テクノロジー

これらを全数チェックしても、避難所の非常電源の保護に関する技術は、一切発見できなかった。

さらに、検索サイト「Google」で発明の本質にかかわるキーワードを適宜組合せ、類似技術の探索をおこなった（2017.05.05実施）。しかしながら、本発明と類似した情報を開示しているウェッブサイトは発見できなかった。

特許第5955621号「分電盤」河村電器産業特許第5875015号「分電盤」パナソニックＩＰマネジメント

避難所の非常電源は避難民の命の命綱であって、これがダウンしないように、何らかの工夫を凝らす、ということは命の安心安全という観点から非常に重要な課題である。

本発明は、避難所の非常電源の保護、具体的には過負荷・過電流による非常電源ダウンを防ぐ給電ライン遮断技術の提供を目的とした。

本発明は(請求項１)、非常電源(10)に接続して該非常電源(10)から受電する受電端子(4)と、複数の、該非常電源が負荷に給電できる最大電流より小さな電流に制限する給電電流制限手段(2)と、負荷に接続して該負荷に給電する給電端子(5)を具備した、非常電源の保護装置であって、
複数の給電電流制限手段(2)からひとつの給電電流制限手段(2)を選択する選択手段(3)、および、該選択されたひとつの給電電流制限手段(2)を、前記給電端子(5)を経由した負荷への給電ラインに接続する接続手段(3)、を有することを特徴とした、非常電源保護装置である。（図１参照）

本発明の好適な態様としては(請求項２)、ひとつの給電電流制限手段(2)を選択する選択手段(3)が、非常電源の発電電力値(P)、非常電源の負荷である非常照明の消費電力値(N1)にもとづいて選択する、という態様である。

また、本発明の好適な別態様としては(請求項３)、再生可能エネルギーによる独立電源を兼備し、該独立電源のエネルギーによって、複数の給電電流制限手段(2)からひとつの給電電流制限手段(2)を選択する選択手段、または／および、該選択されたひとつの給電電流制限手段(2)を、前記給電端子(5)を経由した負荷への給電ラインに接続する接続手段が動作する、という態様である。

さらにまた、本発明の好適な別態様としては(請求項４)、時計を兼備して、ひとつの給電電流制限手段(2a)が選択されている定刻に、該定刻の条件下で複数の給電電流制限手段(2)からひとつの給電電流制限手段(2b)を選択する選択手段で選択変更がなされ、該選択変更にもとづいて、他の給電電流制限手段(2)を、前記給電端子(5)を経由した負荷への給電ラインに接続する接続変更がなされる、という態様である。

＜１メインクレームの説明＞
図１が、災害時の避難所の非常電源と本発明装置のイメージスケッチであって、本発明装置の具備する必須アイテム「2」「3」「4」「5」を示している。図１の右方が、主に照明用として用いられる非常電源(10)、その左方に本発明の装置(1)が接続されている。本発明装置(1)が、「２A」「４A」「６A」「８A」の４つの給電電流制限手段(2)を具備し、さらに、それらのひとつを選択し荷給電ラインへ介入接続させる選択的接続手段(3)の具備、および、受電端子(4)給電端子(5)の具備を示している。

最大の特徴は、複数の給電電流制限手段(2)の具備と(3)によるそれらの選択的使い分け、である。図１では、選択的接続手段(3)はアバウトに示されているが、この具体的構成は後述される。

非常電源(10)の多くは、備蓄時のメンテが容易である「カセットガスボンベ式発電機」であって、主として照明用電源とされる。真っ暗闇の恐怖を取り去ることが第一優先とされ、まずは照明、ということである。かかるカセットガスボンベ式発電機で手頃な価格帯の商品の発電電力は、1kw弱(900W程度)のものが多い。カセットガスボンベ(11)が所望の電力量にみあう本数だけ備蓄される。

＜２請求項２の説明＞
さて、避難所の非常照明は、とにかく明るく、と考え高輝度のハロゲン照明が選ばれた時期があった。ハロゲンの電力は300から400W。複数ハロゲンを備蓄しているのはまれで単数が多い。すなわち、900Wカセットガスボンベ式発電機と300Wハロゲン照明のセットである。

ここで、非常電源の発電電力値(P)、と非常電源の負荷である非常照明の消費電力値(N1)にて、余剰電力(Q)はその差：（Q=P-N1）である。すなわち、100V電圧ならば、最大電流6A：（（900-300）／100）が、流せる電流の限界値である。ゆえに、電流制限は6Aとするのが適切である。（図２参照）

このようにして給電電流制限手段(2)の制限値が決まる。すなわち、給電電流制限手段(2)を選択する選択手段は、非常電源の発電電力値(P)、非常電源の負荷である非常照明の消費電力値(N1)にもとづいて計算して選択するということである。

かかる非常電源にて照明以外のパソコン等を活かす本部電源電力についても給電が必須とすれば、その電力を「その他の重要電力」を「N2」として、Q=P-(N1+N2)であり、そのQの値を100Vで割れば制限電流が求まる。この例を例２とする。そして、LED省エネ照明を使用した例を例３とし、図３の右方に示した。
これら例１から例３は下表のようにまとめられる：

例示したように、給電電流制限手段(2)を選択する選択手段が、非常電源の発電電力値(P)、非常電源の負荷である非常照明の消費電力値(N1)、さらに「その他の重要電力」(N2)にもとづいて選択するのが好適な態様である。

ここで、この選択をなす手段は、コンピュータが実行するとして、上記の計算はプログラミングされたものとして実現してよい。しかしながら、現実的には人間（非常電源管理者）が手計算してその結果を得る、でもよい。

また、後述するが、給電電流制限手段(2)を、前記給電端子(5)を経由した負荷への給電ラインに接続する接続手段の実現主体も、リレー制御やシーケンサーによる自動回路としてよいが、人間（非常電源管理者）が手作業で電流制限器周縁の遮断／接続スイッチをオンオフ操作して実現するとしてもよい。

＜３請求項３の説明＞
このサブクレームは、本装置をより具体的に実現(インプリメント)する方策を示している。図２が、前述の発電電力値(P)、非常電源の負荷である非常照明の消費電力値(N1)の数値を入力できるテンキー、および、判断「はい(Yes)」「いいえ(No)」入力キーを具備した簡易電卓型の機器（手段）と人間系(電源管理者)とがなすやり取りルーチン、および、その簡易電卓型機器の駆動エネルギーを示したものである。

非常電源の貴重なエネルギーを、電力消費がわずかと雖も、この簡易電卓型機器の駆動にもちいることは好ましいことではない。そこで、かかる簡易電卓型機器は、太陽光などの再生可能エネルギーを利用して駆動できるようにするのが好適である。この電源アレンジは公知の電卓と同様の仕様で容易に実現できる。すなわち、再生可能エネルギーによる独立電源を兼備し、該独立電源のエネルギーで選択手段が動作する、のが好適である。

この選択手段、すなわち「複数の給電電流制限手段(2)からひとつの給電電流制限手段(2)を選択する選択手段」は、電卓同様のデータ入力と四則演算なので、消費電力は小さい。

同様に、「選択されたひとつの給電電流制限手段(2)を、前記給電端子(5)を経由した負荷への給電ラインに接続する接続手段」についても、再生可能エネルギーによる独立電源のエネルギーで動作される、のが好適である。しかし、この「接続手段」は、継電器(Relay)接点の駆動を要するため（データ入力や演算だけでないので）、比較的大きな電力を要する。

この比較的大きな電力は、給電電流制限手段(2a)から(2b)への切替え時に瞬時的に消費されるものであるので、装置内の回路に瞬時大電力放出に適したキャパシター(コンデンサー)を配設し、この瞬時エネルギー放出（放電）で駆動するのが好適である。

該キャパシターには、切替え操作のない時間期間にて、太陽電池等から充分な充電がなされるよう、太陽電池容量、キャパシター容量を設計するのが好適である。また、この給電電流制限手段(2)の再選択・接続替えタイミングとその頻度の設定(次項に説明する「定時」の設定)を踏まえつつ、当該容量を設計するのが好適である。

給電電流制限手段(2a)から(2b)への切替えは、図３に例示されるよう行えばよい。すなわち、照明については時刻や天候の条件を加味して、余剰電力(Q)を計算し直し、その結果から異なる電流制限に変更すれば良い。

＜４請求項４の説明＞
このような給電電流制限手段(2)の再選択・接続替えの実施の必要性は、次の理由による。すなわち、非常電源によって給電される最大の相手先は非常照明であるが、好天に恵まれた昼間には照明無しで済む可能性が高い。ただし、朝の天候からの急変もありうる。
そのため、毎朝、たとえば9:00に、天候をみて給電電流制限手段(2)の「再選択／必要あれば接続替え」のルーチンを行うことが好ましい。

すなわち、図４に例示されるように、たとえば、11:00、13：00、15:00・・・といった具合に、定刻に給電電流制限手段(2)の「再選択／必要あれば接続替え」ルーチンを実施することが推奨される。

そして、夕刻16:00から17:00には薄暗くなってくるので、半強制的に照明を優先給電先にすべきであろう。季節や地域によって薄暗くなる時刻は変わるで、その定刻の設定は人間系(電源管理者)が介在して、前記の簡易電卓型の機器（手段）を通じて行うのが好ましい。

ここで、電流制限用デバイス製品について解説を行う。まず業界用語として、「ブレーカ」「アンペアブレーカ」「電流制限器」等々と言った場合、これは電力契約にて給電できる最大電流以上にて給電遮断する回路遮断器を指す。そのため、電力契約の段階電力に対応した電流値、すなわち、10、15、20、30、40・・といった10アンペア以上の離散値の製品しか存在しない。

一方、本発明にては、2、4、6、8といった10アンペア未満の電流制限デバイスを用いる。これを例示すると、和泉電気(ＩＤＥＣ社)の熱動引外し方式「サーキットプロテクタ（商標登録なし）」製品（図１０参照）、同社の流体電磁引外し方式「サーキットプロテクタ（商標登録なし）」製品（図１１参照）が挙げられる。
10アンペア未満の電流制限デバイスはこれに限定されるわけでなく、各社各様の製品が上梓されているので、適宜用いれば良い。

＜本案「保護装置」の発明の本質＞
図１６が、本案「保護装置」の発明の本質を示す図である。すなわち、日常、「電源」は強いものであって保護は考えない。分電盤にある電流制限器は、電源ではなく負荷の過電流保護のために配設されている（図１６(ａ)）。
これに対して非日常、すなわち、激甚災害時の避難所には非常電源が設置される。この非常電源は弱く脆弱なもので、負荷からの過剰な電流要求に対して保護を必要とする（図１６(ｂ)）。
本発明の「保護装置」は、図１６(ｂ)の状況を論理的かつ技術的に再現可能なレベルで開示した。

当然のことながら、本発明の「保護装置」でも、通常なされる各負荷に対する保護はあってしかるべきである。これを図１６(ｃ)に明示した。
以上、本案「保護装置」を説明した。

＜本案「制御装置」＞
次に本案「制御装置」、すなわち、重要負荷と非重要負荷とを混在させ給電している非常電源の電力制御装置について説明する。

避難民のもつ電池切れ多数スマホ群の一斉充電に関しては、以下の方策も提案されている（府中市防災センター案）。すなわち、家電量販店やコンビニ等に設置される「マルチスマホ急速受電ブース（図９）」を自治体が購入し、非常電源容量の大きな防災センター等に配設、センター職員管理下で避難民にこれを開放する、とすれば前記のような混乱の発生は防ぐことができる。

しかしながら、この方策を安直に採用すると次のような事象発生のおそれがある。すなわち、前述の「マルチスマホ急速受電ブース」を、たとえば非常電源の空きコネクタに接続し、不特定多数のスマホを同時に充電させると、スマホによっては自らに、または、専用コネクタにインプリメントされた「急速充電ロジック」が作動する。

この「急速充電ロジック」では、スマホ、あるいは、専用コネクタが大容量電源からの給電を判断し、自己インピーダンス(内部抵抗)を急減させ数アンペアの大電流給電を誘導する。

この大電流誘導は、供給側の事情を考慮しない(制御設計上考慮できない)ものであって、通常の東京電力等のように大電力供給能力がある給電ケースでは問題ない、が、非常電源にて、これが行われると、前記のような想定外の大電流が非常電源に誘導される可能性を否定できない。

当然ながら、不特定多数の所有物であるスマホやコネクタを外部からコントロールすることは難しい(スマホメーカは急速充電ロジック非公開)。そのため、個々のスマホの急速充電が重なった場合、非常電源側に瞬時的超過大負荷、超過大電流が誘導されるおそれがある。ゆえに「マルチスマホ急速受電ブース」を非常電源で利用するにあたっては、予備実験で電流測定するなどして、非常電源への悪影響がないか、種々のスマホ混在及び種々のコネクタ混在の状態で充分チェックする必要がある。

この問題に好適に対応するには、インバータ・コンバータで電流をアナログ的に制限する「電流制限器」および「電流変換器(CT: Current Transformer)」「AD変換器」などで負荷側が低インピーダンス化しても非常電源の供給電流を定格内に抑えるロジック回路を具備した電気電子機器を組み込んだ、アナログ的に連続して電流を制限する機能をもった非常電源制御装置をもちいればよい。（図１２、図１３参照）

本発明の「電力制御装置」は（図１２参照、請求項５）、ひとつ以上k個(k≧1)の重要負荷(N1・・・Nk[W])、および、他の非重要負荷に電圧V[V]で給電している電力(P[W])の非常電源の電力制御装置であって、以下の（甲）（乙）（丙）（丁）の手段を具備する、装置である。
（甲）非重要負荷に供給できる最大余剰電力(Q[W])を式(1)の計算で求める計算手段、
（乙）最大余剰電力(Q[W])が給電される際の最大電流(i[A])を式(2)の計算でもとめる計算手段
（丙）非常電源が、他の非重要負荷に電圧V[V]で給電している出力電流ｉcurrent[A]の測定手段
（丁）（丙）のｉcurrent[A]測定値を制御対象として、
該ｉcurrent[A]が、前記最大電流(i[A])未満のときには、無制御で、
該ｉcurrent[A]が、前記最大電流(i[A])以上のときには、(3)式を制御目標として電流制御する電流制御手段。

図１２が、本発明の「電力制御装置」の模式図であって、特に図中「20」が発明の本質部分である。すなわち、「甲」「乙」「丙」「丁」：
甲非重要負荷に供給できる最大余剰電力(Q[W])を式(1)の計算で求める計算手段
乙最大余剰電力(Q[W])が給電される際の最大電流(i[A])を式(2)の計算でもとめる計算手段
丙非常電源が、他の非重要負荷に電圧V[V]で給電している出力電流ｉcurrent[A]の測定手段
丁丙のｉcurrent[A]測定値を制御対象として電流制御する電流制御手段。
および、「Ｄ」「Ｓ」：
Ｄ非常電源のすべての負荷の名称、電力容量をまとめたデータベース
Ｓ非常電源のすべての負荷から、k個(k≧1)の重要負荷を選択する選択手段
を具備する。

データベースＤには、たとえば、照明負荷：３００W、パソコン負荷：５０W、非常階段照明ＬＥＤ：４０W、救命ＡＥＤデバイス：１００W、緊急通報無線電源：２００W・・・・などが記憶されている。選択手段Ｓは、データベースに記憶された負荷の中から、災害時に優先給電すべき負荷を、その時々の事情に合わせて選択する。

さらに、本発明の「電力制御装置」は（請求項６）、非常電源のすべての負荷から、ひとつ以上k個(k≧1)の重要負荷(N1・・・Nk[W])を選択する選択手段をさらに具備している装置である。

たとえば、選択手段Ｓの選択が天候の良い昼間になされたなら、照明負荷は優先選択されない。また逆に、選択手段Ｓの選択が日暮れになされたら、照明負荷を優先選択する。さらにまた、内閣府テロ対策情報機関からの連絡で災害時に乗じたテロが懸念される状況で選択されたなら、緊急通報無線電源を最優先に選択して、正しい情報が確保されるようにする。

この選択手段の選択は、人間系（非常電源管理者）が行うものだが、遠い将来はＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）が自動実行するだろう。

本発明の「電力制御装置」は、丁の、『丙のｉcurrent[A]測定値を制御対象として、該ｉcurrent[A]が、前記最大電流(i[A])未満のときには、無制御で、該ｉcurrent[A]が、前記最大電流(i[A])以上のときには、(3)式を制御目標として電流制御する』という電流制御手段としての機能に応じる、交流での電流制限を実現するブロック「ＣＬＡＣ」を具備する。

かかる回路ブロック「ＣＬＡＣ」は、「Ｃｏｎ：コンバータ（整流器ＡＣ→ＤＣ変換器）」、「ＣＬＤＣ：直流での電流制限回路」、「Ｉｎｖ：インバータ(ＤＣ→ＡＣ変換器)」とからなり、前記の、最大電流(i[A])未満のときには、無制御で、該ｉcurrent[A]が、前記最大電流(i[A])以上のときには、(3)式を制御目標として電流制御する』という制御された交流給電を非重要負荷に対して行う。

その時当然ながら、非常電源の出力電流は前記最大電流i[A]を超えることはない。

直流での電流制限回路「ＣＬＤＣ」は、たとえば図１２中に例示される「Current limiter with NPN transistors」「Current limiter with PNP transistors」のような半導体をもちいた非線形回路であって、トランジスタ、サイリスタ、トライアック等々のデバイス特性ごとに多様な回路が公知であるので、それらの中からコストパフォーマンスの高い適切なものを採用して回路設計すれば良い。

図１３は、従来(ａ)、本明細書前半で説明した本発明の「電源保護装置」（ｂ）、本明細書後半で説明した「電力制御装置」（ｃ）による電流制御のイメージを示すものである。

すなわち、図１３(ａ)の従来は、急速充電されたい負荷側のスマホやコネクタからの過激な電流デマンド(大きな電流で高速充電したい)に対し、対抗することもなく応じたため、非常電源内部の保護機構が働く時間余裕がないため起こる瞬時短絡等々の危険をはらむ状態であった。

対して本発明の「電源保護装置」では、限界電流を超えたときに給電を遮断する電流制限をかけ、限界電流を超えた過激な電流デマンドには一切応じない、という対抗策をこうしたものである（図１３（ｂ）参照）。

また、本発明の「電力制御装置」は、前記「電源保護装置」のデジタル的な「流すか遮断か」のようなゼロイチ対応ではなく、アナログ的に給電電流値をわずか安全サイドに絞って電流制御しつつ給電を維持する方策を提示したもので、模式的に図１３（ｃ）に示す。

このように給電維持すれば、過激な電流デマンドを出してきた負荷側のスマホやコネクタへも悪影響を及ぼすことなく、時間はかかるものの充電自体は維持される（「保護装置」のように遮断による充電停止はない）。

すなわち、スマホやタブレットの充電電流を限界電流でアタマ打ちし給電維持するもので、高速充電の過激な速度を制御により緩和した「緩速充電」とする。結果的に時間はかかるが、頻繁に充電停止したり、非常電源がダウンしたりするより適切。しかも、深夜から翌朝までの「緩速充電」で翌朝には充電完了できればスマホやタブレットユーザからの大クレームを受けるほどにならないだろう。

一方で、このアナログ的に連続して電流を制限する機能をもった非常電源制御装置は概して高額となり、非常時だけにしか使わないといった事情を考慮すれば投資効果にやや疑問がある。実際に適用する場合は非常用という特殊事情を熟慮して本案前半の「保護」、すなわち、「デジタル式(流すか遮断するかして)電源の保護装置」でよいのか、本案後半の「アナログ式に電流を抑制する制御装置」でよいのか、コストパフォーマンスを見極めて使い分けるべきである。

さて最後に、「他の非重要負荷」が直流負荷である場合の本案「制御装置」態様を説明する。本明細書にて複数回例示したスマホやタブレットといった携帯用電子機器の充電。これは、スマホやダブレットの内蔵二次電池を充電することであるから、当然ながらに直流負荷に対する給電である。

一方、図１２では、交流負荷を想定しており、出力最終段にインバータ(Ｉｎｖ)が配備されて回路となっている。しかしながら、スマホやタブレットといった携帯用電子機器の充電であるなら、このインバータ(Ｉｎｖ)は不要である。インバータ(Ｉｎｖ)排除は、本制御装置の製作コスト削減効果があるばかりでなく、非常電源から負荷に至るまでのロスも削減され有効である。

そこで、図１４に示すように、図１２にあった出力最終段にインバータ(Ｉｎｖ)を取り除き、「ＣＬＤＣ」直流での電流制限回路の出力として直流出力端子を配備し、この端子にスマホやタブレットといった携帯用電子機器のコネクタを接続して充電する構成である。

図１２で「ＣＬＡＣ」であった大きなブロックは、図１４では「ＣＬＤＣ’」中規模ブロックとなり、それは「Ｃｏｎ」と「ＣＬＤＣ」によって、交流から直流変換、そしてその直流で電流制限回路を介して直流で出力する回路ブロックとなっている。

すなわち（請求項７）、他の非重要負荷が直流負荷であり、かつ、（丁）の手段が直流出力端子を具備するとともに次のようであるのが好適である。すなわち；
・（丁）：（丙）のｉcurrent[A]測定値を制御対象として以下の(ア)(イ)の制御を行う電流制御手段。
・・(ア)：該ｉcurrent[A]が、前記最大電流(i[A])未満のときには、無制御で直流出力を前記直流出力端子に給電する。
・・(イ)：該ｉcurrent[A]が、前記最大電流(i[A])より大きいときには、(3)式を制御目標として電力入力側の該ｉcurrent[A]の電流値を最大電流(i[A])以下に抑制し、電力出力側の直流出力を前記直流出力端子に給電する電流制御手段。

スマホやタブレットの充電端子には、アップル系とその他のものの２系統あって、さらに個々スマホとタブレットの容量ごとに２段階のコネクタサイズに差があるようなので、これだけで４通りの異なったオスコネクタが存在する。

そこで、図１４の直流出力端子「Ｔ」は、好適には図１５に示すような４通りのメスコネクタの並列接続構成であることが好適である。このようにすれば、４通りのどのオスコネクタをもったスマホやタブレットも共通的に充電ができて便利である。

＜本案「制御装置」の発明の本質＞
図１７が、本案「制御装置」の発明の本質を示す図である。すなわち、日常、「電源」は強いものであって負荷の電流要求に対してある程度は応じるパワーをもっている。これに対して負荷によっては負荷電流を制限せねばならないものもある（図１７(ａ)）。
ところが非日常、すなわち、激甚災害時の避難所には非常電源が設置される。この非常電源は弱く脆弱なもので、負荷からの過剰な電流要求に対応できないため、その電流要求を制限する必要がある（図１７(ｂ)）。
本発明の「制御装置」は、図１７(ｂ)の状況を論理的かつ技術的に再現可能なレベルで開示した。

当然のことながら、本発明の「制御装置」でも、通常なされる負荷に対する負荷電流制限はあってしかるべきである。これを図１７(ｃ)に明示した。
以上、本案「制御装置」を説明した。

＜本案「保護装置」の効果＞
避難所の非常電源は、非常照明への給電が最重要とされているが、場合によってスマホ充電や寒々とした避難所で震える難民向けに電気毛布に給電、といった、電源として適応的に有効利用することが望まれている。しかしながら、従来はスマホの急速充電によって過電流・過負荷になる、あるいは、電気毛布などの発熱大容量負荷の接続で過電流・過負荷になる恐れがあって、そういった利用は不可能であった。

かかる過電流・過負荷事象が発生すると、非常電源の過電流・過負荷防止機能スペックを超えた状況になり(電源内蔵NFBの回路遮断が追いつかない)、非常電源がダウンしてしまいかねない(電気的に一部短絡するなど、回路破壊される)。

本発明の「保護装置」は、人間系(非常電源管理者)から電源及び負荷に関する情報を入力し、適切な保護、すなわち、複数具備した給電電流制限手段を選択的に回路に取り込んで、前記の過電流／過負荷事象を、非常電源の外部から防御でき、防御の二重化を実現した(電源内蔵NFBを一重防御と見た)。

また、人間系(非常電源管理者)から、たとえば天候にもとづく情報を入力し、定刻に前記の複数具備した給電電流制限手段を、より適切なものに再選択して必要に応じて接続替えすることで、避難所の非常電源をこれまで以上に有効に、かつ、電源側にとって安全に利用できるようにした。

＜本案「制御装置」の効果＞
本案「制御装置」は、重要負荷と非重要負荷とを混在させ給電している非常電源の従来よりもインテリジェントな電力制御装置であって、たとえば接続された負荷が急速充電されたいがため、自らを低インピーダンス化して大電流に誘導し、上流側で電力供給している非常電源に過剰電流を流させ、これを壊してしまうような事象を未然に防止できる。

すなわち、本案の「制御装置」では、負荷状況に応じて、適宜アナログ的に許容ギリギリに制限された電流を流す制御を行うことを実現させた。従来はこういったギリギリ制限・ギリギリ制御はなされていなかった。

非常電源(10)に本発明の保護装置(1)を接続している状況イメージ図。人間系(電源管理者)テンキー入力によるイニシャル設定ルーチン説明図。給電電流制限手段(2a)から同(2b)への切替えルーチン説明図。定刻ごと給電電流制限手段(2a)から同(2b)へ切替えルーチン説明図。再生可能エネルギー(Solar Power)駆動の電卓型入力／表示部の説明図。手動による接続手段の説明図：(a)は電力線の単線結線図、(b)は手動の接続/遮断切替スイッチ、(c)は短結を具体的に複線で描いた模式図。再生可能エネルギーで駆動される制御回路および同エネルギーで駆動される継電器(リレー)による接続手段の説明図：(a)は電力線の単線結線図、(b)は継電器による制御回路。 J_Plat_patの検索結果例図マルチスマホ急速充電ブースの写真サーキットプロテクタ（熱動引外し方式）［和泉電気］参考図サーキットプロテクタ（流体電磁引外し方式）［和泉電気］参考図本発明の「電力制御装置」の模式図、２０が発明の本質部分である（ａ）従来の保護又は制御特性、（ｂ）本案「保護」の電流遮断特性、（ｃ）本案「制御」の電流制御特性。直流負荷に対する本発明の「電力制御装置」態様の説明図多様なスマホ・タブレットのオスコネクタ種類に共通的に対応できる並列合体充電用メスコネクタの例。（ａ）従来の各負荷保護、（ｂ）電源側の「保護」、（ｃ）（ｂ）にさらに従来の各負荷保護を加えた場合の各（ａ）従来の負荷電流制限、（ｂ）電源側の供給電流制限、（ｃ）（ｂ）にさらに従来の負荷電流制限いれた場合

１本発明の「非常電源の保護装置」
２１０で負荷に給電できる最大電流より小さな電流に制限する給電電流制限手段
３複数の２のうちひとつを選択する手段、および、２を負荷給電ラインへ介入接続させる選択的接続手段
４１０に接続して１０から給電される受電端子
５負荷に接続して１から負荷に給電する給電端子
６２を負荷給電ラインへ介入接続させる選択的接続手段
１０非常電源
１１カセットボンベ
２０本発明の「非常電源の電力制御装置」の発明の本質を示す部分
Ｃｏｎコンバータ（整流器ＡＣ→ＤＣ変換器）
ＣＬＡＣ交流での電流制限を実現するブロック
ＣＬＤＣ直流での電流制限回路
ＣＬＤＣ’ ＣｏｎとＣＬＤＣによって、交流から直流、そしてその直流で電流制限回路を介して直流で出力する回路ブロック
Ｄ非常電源のすべての負荷の名称、電力容量をまとめたデータベース
Ｉｎｖインバータ(ＤＣ→ＡＣ変換器)
Ｓ非常電源のすべての負荷から、k個(k≧1)の重要負荷を選択する選択手段
Ｔ直流出力端子、スマホやタブレット充電用のメスコネクタ端子

Claims

ひとつ以上k個(k≧1)の重要負荷(N1・・・Nk[W])、および、他の非重要負荷に電圧V[V]で給電している発電電力(P[W])の非常電源の電力制御装置であって、以下の（甲）（乙）（丙）（丁）の手段を具備する、装置。［ここで、N1・・・Nk[W]は、k個の重要負荷それぞれの消費電力値である］
・（甲）：非重要負荷に供給できる最大余剰電力(Q[W])を式(1)の計算で求める計算手段、
・（乙）：最大余剰電力(Q[W])が給電される際の最大電流(i[A])を式(2)の計算でもとめる計算手段
・（丙）：非常電源が、他の非重要負荷に電圧V[V]で給電している出力電流ｉcurrent[A]の測定手段
・（丁）：（丙）のｉcurrent[A]測定値を制御対象として以下の(ア)(イ)の制御を行う電流制御手段。
・・(ア)：該ｉcurrent[A]が、前記最大電流(i[A])未満のときには、無制御。
・・(イ)：該ｉcurrent[A]が、前記最大電流(i[A])より大きいときには、式(3)を制御目標として該ｉcurrent[A]の電流値を最大電流(i[A])以下に抑制する電流制御。
非常電源のすべての負荷から、ひとつ以上k個(k≧1)の重要負荷(N1・・・Nk[W])を選択する選択手段をさらに具備している請求項１に記載された、非常電源の電力制御装置。
時計を兼備して、ひとつ以上k個(k≧1)の重要負荷(N1・・・Nk[W])が選択されている定刻に、
該定刻の条件下で前記の選択手段による再選択がなされ、
該再選択にて、他の、ひとつ以上k個(k≧1)の重要負荷(N1・・・Nk[W])が選択された場合、前記の（甲）（乙）の計算手段による計算を行って、他の、ひとつ以上k個(k≧1)の重要負荷(N1・・・Nk[W])による最大余剰電力(Q[W])、ならびに、最大余剰電力(Q[W])が給電される際の最大電流(i[A])を求め、該最大電流(i[A])にて前記の（丙）（丁）による制御を行う、請求項２に記載された非常電源の電力制御装置。
他の非重要負荷が直流負荷であり、かつ、コンバータ(Ｃｏｎ)と直流での電流制限回路(ＣＬＤＣ)と直流出力端子を具備して、発電電力(P[W])の非常電源から電力を受電し、該受電電力を、前記コンバータ(Ｃｏｎ)で直流とし、
（丁）の手段ならびに前記直流での電流制限回路(ＣＬＤＣ)によって、（丙）の手段で測定された前記ｉcurrent[A]の電流値を最大電流(i[A])以下に抑制しつつ、直流で直流出力端子から他の非重要負荷に給電する、請求項１から請求項３のいずれかに記載された非常電源の電力制御装置。